現(xiàn)代信息技術的中藥化學教學改革

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摘要：中藥化學是一門以中醫(yī)藥基本理論為指導，結合臨床用藥經驗，運用化學的理論和方法及其他現(xiàn)代科學理論和技術研究中藥防病治病的物質基礎的重要專業(yè)課程，內容側重研究中藥成分的提取分離、理化性質、化學結構、生物活性及構效關系等。信息技術的快速發(fā)展為本門課程的教學提供了新的機遇，探索現(xiàn)代信息技術如多種化學軟件和數(shù)據(jù)庫網絡資源在中藥化學教學中的應用，從而達到傳統(tǒng)教學與現(xiàn)代科學技術的相融合，提高教學效率，提升教學質量，幫助學生深刻理解和牢固掌握中藥化學理論知識的目的。

關鍵詞：中藥化學；信息技術；化學軟件；網絡數(shù)據(jù)庫

中藥化學是一門以中醫(yī)藥基本理論為指導，結合臨床用藥經驗，運用化學的理論和方法及其他現(xiàn)代科學理論和技術研究中藥防病治病的物質基礎的重要專業(yè)課程［1］。其所涵蓋的基本理論和實踐技能是中藥學學生后續(xù)專業(yè)知識體系所必需的基礎。課程涉及很多復雜的立體化學結構、枯燥的提取分離工藝、晦澀難懂的理化鑒別和結構鑒定方法，是一門學生普遍認為難記憶、難掌握的課程［2］。因此，如何將繁雜、抽象的理論內容生動、形象化以便于學生記憶和掌握，是本門課程教學改革的目標。隨著現(xiàn)代信息化技術的快速發(fā)展，中共中央在《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要〔2010—2020年〕》中明確提出“加快信息化進程”“提高教師應用信息技術水平”等重要指示［3］。現(xiàn)代信息技術和傳統(tǒng)課堂教學逐漸融合，將極大豐富中藥化學的教學內容。教研組老師針對當前中藥現(xiàn)代化、產業(yè)化人才培養(yǎng)的需求，積極創(chuàng)新課程教學模式，將多種化學軟件（ChemBioOffice、ModelChemlab和Me⁃stReNova等）和網絡數(shù)據(jù)資源融入到日常的教學工作中，探索現(xiàn)代信息技術在中藥化學教學中的應用，引導轉變學生的學習方式，激發(fā)自主學習能力，提高學習興趣，幫助其深刻理解和牢固掌握中藥化學理論知識，為創(chuàng)新型中藥學人才培養(yǎng)打下良好基礎。

1結合現(xiàn)代信息技術的中藥化學教學

中藥化學教學內容繁雜、理論性較強，信息豐富、內容龐雜，有效地應用專業(yè)化學軟件和網絡數(shù)據(jù)庫可改進傳統(tǒng)的授課方法與教學內容［4］，譬如制作精美直觀的多媒體課件，繪制3D化學結構，形成精準快速的化學成分網絡數(shù)據(jù)庫等。這些現(xiàn)代信息技術在教學過程中的融入，可以將傳統(tǒng)課堂上抽象的理論知識以可視化的，形象化的形式呈現(xiàn)給學生，以此激發(fā)學習熱情，且便于記憶和理解，極大地提高了中藥化學的教學質量。本文結合近年來的教學實踐，介紹現(xiàn)代信息技術在本教研組中藥化學教學中的應用情況，以此促進中藥化學課程建設的改革與實踐，提高中藥化學的教學效果。

1．1多媒體技術在中藥化學教學中的應用

隨著現(xiàn)代信息技術的突飛猛進，多媒體技術（集文本、圖像、聲音、動畫及模擬等手段為一體）廣泛應用于現(xiàn)代科學的教學中，在知識的傳播與交流中發(fā)揮重要作用［5－6］。本教研組老師在中藥化學的教學中參考權威網絡資源和教材，制作多媒體中藥化學課件，內容新穎，專業(yè)性強，知識覆蓋面廣，并結合了多年的專業(yè)科研進展和經驗積淀，實現(xiàn)了教學內容多角度、多層次及“視、聽、思”的有機結合。例如：根據(jù)文獻制作了介紹青蒿素結構的溶解性特點、注意事項和最新研究動態(tài)的多媒體課件，可形象生動地將所有相關信息傳授給學生，再輔以教師的講解，學生可在短時間內掌握并理解青蒿素用藥的特點和結構修飾的必要性。在教學過程中設計與課程內容相關的課題，如“生活中的中藥化學”“生活中的多糖”，讓學生利用網絡數(shù)據(jù)庫資源進行文獻收集整理，制作PPT并在班級里完成匯報。多媒體技術將書本中抽象的概念和枯燥的內容，以形象生動、圖聲并茂的具體形式展示給學生，引導并較好地維持學生的有效注意力，將被動學習轉為主動學習，積極探尋中藥化學知識的奧秘。

1．2專業(yè)化學軟件工具在中藥化學教學中的應用

中藥化學教學中結構解析和結構特點是很難理解的知識點，其極強的抽象性，往往需要學生具備較強的專業(yè)基礎知識和空間思維能力，才能正確理解并掌握。專業(yè)化學軟件的應用，可以很大程度上幫助學生克服這方面的學習困難，直觀、高效的專業(yè)工具通常會輔助學生在學習上達到事半功倍的效果。目前，中藥化學領域常用的專業(yè)軟件工具有Chem⁃BioOffice工具包、ModelChemlab和MestReNova核磁軟件等［7－10］。ChemBioOffice工具包，包含ChemDraw（化學結構繪圖）、Chem3D（分子模型及仿真）和Chem⁃Finder（化學信息搜尋整合系統(tǒng)）等模塊，是國際通用的集化學結構繪圖，3D分子模擬分析和智能快速化學結構式搜索為一體的專業(yè)軟件。比如，本教研組老師培養(yǎng)學生熟練使用ChemBioOffice軟件（試用版），將中藥化學課程中需要掌握的化合物結構繪制出來并以作業(yè)的形式完成提交，從而讓學生熟練掌握化合物立體構型，如β⁃D⁃葡萄糖、α⁃L⁃鼠李糖、三萜和甾體母核環(huán)之間的順反稠合方式，并將二維結構轉化為三維結構，熟悉這些化合物結構中不同取代基之間的空間關系。這些結構式的掌握為下一步的計算機模擬對接和生物活性研究打下基礎。ModelChemlab是一個可采用動畫，預演等方式模擬真實實驗操作的軟件，尤其對于有時間限制、有毒有害、或有一定危險的實驗，是模擬操作過程的理想工具。MestReNova核磁軟件（試用版）是一個專業(yè)處理化合物核磁共振（NMR）圖譜數(shù)據(jù)的軟件，本教研組老師將中藥化學有效成分的NMR信息清晰準確地展現(xiàn)給學生，并借助軟件對化合物結構進行小組討論分析，很大程度上幫助了學生領會和掌握中藥化學成分NMR圖譜解析過程的授課內容。

1．3網絡數(shù)據(jù)庫資源在中藥化學教學中的應用

中藥化學中有效成分的生物活性、構效關系和結構修飾是合成或半合成高效、低毒、安全的新的衍生物的重要基礎。為了讓學生擴大視野，提升專業(yè)技能，掌握現(xiàn)代化的中藥化學成分新藥研究技術，在近年來的教學中，我們逐漸引入DockDataBank和D3Pharma為工具，建立中藥化學教材中化學成分生物活性探究方案，形成中藥化學網絡資源。例如，通過文獻檢索，建立常用清熱中藥小分子化合物庫，并采用計算機模擬對接技術和計算機網絡藥理學方法，快速篩選出清熱中藥中潛在的治療新冠肺炎的活性成分。以網上資源D3Targets2019⁃nCov網站為基礎，網站上共列出77個與新冠肺炎相關的靶標蛋白，讓學生構建清熱中藥治療新冠肺炎的中藥活性成分－靶標－疾病網絡，對清熱中藥治療新冠肺炎的有效成分和作用機制從系統(tǒng)水平進行篩選研究。這些中藥化學成分網絡的構建和分析可以將化學成分的聚類、差異、以及有效成分與相關靶標及疾病的復雜分子作用機制可視化。具體見圖1。

2結合現(xiàn)代信息技術的中藥化學教學實踐的效果與分析

本教研組結合現(xiàn)代信息技術的中藥化學教學實踐，使原本復雜抽象的理論知識形象化、生動化、具體化，對于提升高校教師的中藥化學授課質量和提高學生的學習效率都起到了積極有效的推動作用。同時，讓現(xiàn)代信息技術走進中藥化學課堂，也使得學生們盡早地接觸和了解，進而掌握專業(yè)化學軟件和網絡數(shù)據(jù)庫資源的使用方法，為進一步提高學生應用中藥化學知識解決實際問題的能力打下扎實基礎，對于培養(yǎng)學生的科研及專業(yè)綜合素養(yǎng)十分有利。

2．1教師教學質量得到有效提升

現(xiàn)代中藥化學的理論知識和研究技術更新速度很快，提取分離、結構鑒定、構效關系與結構修飾等科學技術在傳統(tǒng)的方法上日新月異地發(fā)展，這就要求教學內容和教學手段都必須適時修改并給予更新。目前高校中藥化學的教學模式依然局限于教材固有知識的傳授與解惑，不利于現(xiàn)代大學生科研能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。我們將現(xiàn)代信息技術應用到中藥化學課程的黃酮、三萜和生物堿等各章節(jié)中，覆蓋比例由3年前的30％提高到90％，借助現(xiàn)代信息技術將這些更新的內容引入中藥化學的教學后，既能實現(xiàn)“視、聽、思”一體化的教學方法，又能增加該領域最新的國際學術動態(tài)和研究進展在教學中的體現(xiàn)，豐富教學內容。教師們通過自己多年來牢固堅守在科研與教學第一線的寶貴經驗積累，對這些科研信息相關問題進行教學分析，多層次、多方位地將中藥化學知識呈現(xiàn)給學生。這一教學改革與實踐活動極大地活躍了中藥化學課堂學習氛圍，增強了中藥專業(yè)知識的授課效果，從而提升了教學質量。

2．2學生學習效率得到有效提高

高校的教學改革是以培養(yǎng)現(xiàn)代化創(chuàng)新人才，培養(yǎng)學生探索知識、發(fā)現(xiàn)知識及應用知識的能力為目標的。中藥化學課程理論性強、敘述性強、抽象化概念多、思辨性強等特點，涉及到很多晦澀難懂的定義，化學檢識反應，復雜的化學結構式。以往的灌輸式教學下學生要花費大量時間去反復記憶，學習效率較低，而利用專業(yè)化學軟件和網絡數(shù)據(jù)庫資源等現(xiàn)代信息技術可以明顯改進中藥化學教學中多媒體課件的展示效果，學生不僅能更直觀地學到原有教材中的理論知識，而且能夠借助現(xiàn)代的信息工具，自己動手去畫化合物結構，探索化合物生物活性知識、梳理各章節(jié)中藥化學成分結構特點，在信息工具中親身經歷、不斷試錯并歸納總結。這樣的學習過程是主動的、探索的、有趣的，因此學習效率得到有效的提高，空間想象力和創(chuàng)新能力都得到了很好地培養(yǎng)，在一定程度上提高了獨立直面問題、分析問題、思考問題，最終解決問題的能力。

2．3課程教學效果得到有效肯定

通過現(xiàn)代信息技術的引入，培養(yǎng)了學生中藥化學專業(yè)理論與實踐相結合、中醫(yī)藥傳承與創(chuàng)新相結合的重要能力。自2018年以來針對本校2016級、2017級和2018級中藥班的學生，我們重點加強現(xiàn)代信息技術與中藥化學內容的學習。經過這3年的教學實踐，我們取得了良好的教學效果。3年來對420名學生中藥化學綜合考試成績分析，優(yōu)秀率（80分以上）從之前的15％提高到33％。課后問卷調查表明，學生對該課程的認可度普遍較高，96％的學生認為與傳統(tǒng)教學相比，現(xiàn)代信息技術在中藥化學課程中的有效融合可以幫助他們儲備一定的基礎科研能力和科研思路；90％的學生認為通過本門課程的學習，中藥化學知識的綜合運用能力得到了較好地鍛煉，創(chuàng)新能力和綜合科學素質有所提高，科研思維和專業(yè)動態(tài)知識得到一定拓展。學生普遍認為結合現(xiàn)代信息技術后，他們的課程任務更加充實，學習內容更加豐富。另外，對中藥專業(yè)的認可度和興趣也同步提高，其科研思維和視野都開闊了許多，收獲頗豐。

3結語

現(xiàn)代信息技術引入高校課程教學已成為不可阻擋的教育改革趨勢。如何科學利用現(xiàn)代信息技術，對中藥化學課程教學進行創(chuàng)新性變革，是每一個中藥化學教育工作者必須深刻思考的問題。本教研組老師多年來一直通過專業(yè)化學軟件和網絡數(shù)據(jù)庫資源等現(xiàn)代信息技術在教學中的有效融合，較好地激發(fā)學生學習中藥化學專業(yè)知識的興趣和熱情；最大程度提高培養(yǎng)學生利用現(xiàn)代信息技術進行學習、獨立分析問題和解決問題的能力；提高中藥化學教學效率，提升教學質量；能及時提高學生的中藥專業(yè)素養(yǎng)，緊跟該學科前沿研究的動態(tài)步伐，使學生最終成為合格的中藥現(xiàn)代化、產業(yè)化創(chuàng)新人才。同時，本次教學改革實踐證明結合現(xiàn)代信息技術的中藥化學教學改革具有較好的實操性、可行性及創(chuàng)新性特征，且便于各大高校推廣，對中藥化學的現(xiàn)代信息教學改革具有一定的借鑒意義和參考價值。

作者:吳迎春 王瑞 賈琦 張劉強 吳華麗 郭夫江 李醫(yī)明 單位:上海中醫(yī)藥大學